Energia
Primo Progetto di Fusione Nucleare Commerciale Annunciato
Fusione, la Fonte di Energia Definitiva
Man mano che le forniture di energia stabili, affidabili, economiche e a impatto zero di carbonio diventano una questione sempre più pressante, tutti gli occhi sono puntati sulle soluzioni nucleari.
Ciò include la fissione nucleare, ovvero la scissione di atomi pesanti come uranio, torio o plutonio. Questa tecnologia sta facendo un ritorno spettacolare grazie all’eliminazione delle centrali a carbone e gas, nonostante la necessità di generazione di energia di base, così come le tendenze di elettrificazione dei trasporti, del riscaldamento e della produzione industriale.
È, tuttavia, non priva di problemi, anche per la più avanzata quarta generazione di centrali nucleari. In particolare, comporta ancora la manipolazione di materiali altamente radioattivi, cosa che il pubblico osserva con diffidenza e che non potrà mai essere completamente neutra dal punto di vista ambientale.
Ecco perché gli scienziati hanno iniziato a considerare le promesse della fusione nucleare, che fonde insieme atomi come l’idrogeno, lo stesso fenomeno che alimenta il Sole.
Fonte: Nature
Questo utilizzerà un combustibile che è l’elemento più abbondante dell’Universo e produrrà solo elio o litio innocui. Sarebbe anche sufficientemente potente da rendere disponibile un’energia praticamente infinita, senza alcun rischio di esplosione o di reazione a catena incontrollata.
Il problema è che produrre le condizioni necessarie è così difficile da realizzare che finora nessun reattore a fusione si è avvicinato alla commercializzazione.
Questo potrebbe cambiare in meno di un decennio, almeno secondo Commonwealth Fusion Systems (CFS). L’azienda ha appena annunciato che sta procedendo verso la costruzione del primo reattore a fusione commerciale in Virginia.
Progetto del Reattore CFS
Commonwealth Fusion Systems punta a far generare al suo reattore ARC 400 MW per la rete elettrica della Virginia, sufficienti per alimentare 150.000 case.
Si tratta di un avanzamento radicale per il campo della fusione nucleare, poiché sembrava sempre che il primo reattore su scala fosse a 20-30 anni di distanza. Anche il massiccio progetto internazionale ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) non dovrebbe essere completato prima del 2039.
In confronto, il reattore CFS è previsto per essere costruito su un sito di proprietà della compagnia energetica Dominion (D ). Lo considerano realizzabile già all’inizio degli anni 2030.
“Le crescenti esigenze dei nostri clienti di energia affidabile e priva di carbonio beneficiano di un menu il più vario possibile di opzioni di generazione di energia, e in quello spirito, siamo lieti di assistere CFS nei loro sforzi.”
Edward H Baine – presidente di Dominion
Commonwealth Fusion Systems
Tecnologia CFS
Per capire quanto sia realistico questo progetto, dobbiamo esaminare la storia di CFS. L’azienda è nata come spin‑off del MIT nel 2018 e ha raccolto 2 miliardi di dollari da allora, in particolare dal gigante petrolifero italiano Eni. CFS sta sviluppando un reattore a fusione basato sul design “classico” tokamak, che forma un plasma in un toro (forma a ciambella).
Fonte: DOE
(Puoi saperne di più sulla fusione nucleare e sui diversi progetti di reattori in “Nuclear Fusion – The Ultimate Clean Energy Solution on the Horizon” e sulla superconduttività in “Progress In Superconductivity Making Way For A New Technological Revolution”)
CFS utilizza magneti superconduttori ad alta temperatura (HTS) sviluppati in collaborazione con il MIT. Controlleranno e comprimeranno il plasma di deuterio‑trizio per creare la fusione nucleare.
Una “coperta” liquida cattura quell’energia sotto forma di calore, poi la trasferisce all’acqua che aziona una turbina a vapore per generare energia. Il deuterio è disponibile quasi ovunque e può essere filtrato dall’acqua di mare, mentre le coperte ARC produrranno naturalmente trizio.
Nel 2021, ha sviluppato un magnete HTS da 20 tesla, un miglioramento di 100‑1000 volte rispetto alle prestazioni dei magneti precedenti e il più grande mai costruito.
Questi magneti sono ora assemblati in un nuovo design record chiamato Central Solenoid Model Coil (CSMC). Nel 2024, l’azienda ha anche pubblicato la sua tecnologia per un cavo superconduttivo ad alta densità di corrente e alta temperatura che alimenta questi magneti.
L’uso del combustibile sarà molto compatto, come per tutte le tecnologie di fusione nucleare:
“Poiché sono necessarie solo piccole quantità, 30 anni di combustibile ARC possono essere consegnati con un unico camion quando si apre una nuova centrale, senza rischi di variazioni di prezzo in futuro e senza dipendenze da catene di approvvigionamento globalmente problematiche.”
Serie di Reattori Futuri
I magneti HTS saranno utilizzati per costruire SPARC, con l’obiettivo di diventare il primo reattore a fusione a energia netta, cioè produrrà più energia dalla fusione di quanta ne consuma accendendo il plasma di idrogeno.
SPARC è già in costruzione nel campus di CFS nel Massachusetts, ma non ha ancora prodotto il suo primo plasma.
Fonte: CFS
Se tutto procede bene con il dimostratore SPARC, ARC, da costruire in Virginia, è il passo successivo.
Fonte: CFS
Mentre SPARC serve a testare la tecnologia, ARC servirà a testare l’economia del design. Ogni ARC avrà circa le dimensioni di un grande magazzino con esigenze di sito simili.
Fonte: CFS
Il passo successivo è produrre ARC in serie, con l’obiettivo di ridurre i costi di produzione e distribuire i costi di R&D.
Sostegni Seri
CFS non è solo sostenuta da Dominion ed Eni, ma anche dall’Agenzia Atomica del Regno Unito, con cui ha firmato un accordo di collaborazione di cinque anni nel 2022.
Gli sforzi di ricerca di CFS sono stati finanziati da premi di due iniziative del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, Advanced Research Projects Agency–Energy (ARPA–E) e Fusion Energy Sciences (FES).
Anche gli esperti del MIT sono strettamente coinvolti con CFS:
“Dove la missione del TFMC era dimostrare una forza costante, il CSMC doveva dimostrare velocità.
Centinaia di mani hanno toccato questa bobina, dalla sua concezione sul tavolo da disegno al lungo e complesso programma di test. L’ingegnosità, la perseveranza e il cuore dimostrati da questo team affiatato erano impressionanti quanto la bobina stessa che è nata dal loro lavoro.”
Ted Golfinopoulos, uno dei principali investigatori del MIT sui reattori a fusione.
Valutazione di CFS
I risultati di Commonwealth Fusion Systems nella tecnologia dei magneti sono di livello mondiale. Il confinamento magnetico stabile, concetto centrale di un reattore tokamak, potrebbe rivelarsi la chiave mancante per risolvere il puzzle della fusione nucleare.
In ogni caso, sarà una tecnologia molto preziosa, non solo per le applicazioni di fusione.
Tuttavia, è ancora un po’ presto per dire quanto siano ottimisti gli obiettivi e i tempi di CFS. La fusione nucleare è un campo costellato di prototipi promettenti che si sono rivelati meno stabili o produttivi di quanto sperato.
Quindi, non è chiaro se la potenza aggiuntiva dei magneti di CFS sarà sufficiente a produrre plasma di fusione affidabile e redditizio.
Come esempio di possibili problemi irrisolti, la coperta produttrice di trizio all’interno del reattore potrebbe non essere così produttiva o durevole come previsto, anche se la generazione del plasma procede senza intoppi. Recuperare l’energia e trasformarla in elettricità senza danneggiare il reattore per decenni di funzionamento potrebbe rivelarsi altrettanto difficile.
La fiducia mostrata da CFS e Dominion Energy, tuttavia, dimostra che la fusione nucleare sta facendo grandi progressi. Insieme all’IA in grado di sviluppare nuovi materiali o stabilizzare il plasma in tempo reale, potremmo essere a solo 1‑2 decenni da un’energia illimitata e a basso costo che consentirebbe immediatamente di distribuire massivamente la desalinizzazione, l’esplorazione spaziale, l’agricoltura indoor, ecc.
Società di Fusione
Attualmente, nessuna delle aziende dedicate esclusivamente a rendere commercialmente fattibile la fusione nucleare è quotata in borsa. Questo include Helion, General Fusion, Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP Energy, e NEO Fusion.
Puoi trovare un’ ampia lista di startup nel settore della fusione nucleare nella pagina dedicata di Dealroom.
Tuttavia, una società quotata in borsa è stata attiva nel campo della fusione, con una riorientazione del suo concetto dalla produzione di energia alla propulsione spaziale: Lockheed Martin.
Lockheed Martin Corporation
(LMT )
Una notevole eccezione alla dominanza delle startup private nel campo è la società quotata in borsa Lockheed Martin Corporation, un gigante dell’industria della difesa.
Lockheed ha lavorato sin dai primi anni 2010 su Compact Fusion, un reattore a fusione nucleare che si aspettava fosse pronto negli anni 2020. Tuttavia, è stato successivamente annunciato che il lavoro sul progetto è stato interrotto nel 2021.
L’azienda è stata molto discreta su questo progetto sin dall’annuncio pubblico iniziale. Fino ad oggi, non è chiaro cosa possa aver spinto l’azienda ad abbandonare l’idea.
Allo stesso tempo, sembra che non abbia completamente abbandonato il concetto, in particolare con investimenti nel 2024 in Helicity, una startup che sviluppa un motore a fusione.
L’idea è di spingere i veicoli spaziali con brevi impulsi di fusione. Helicity prevede di utilizzare un cannone al plasma, lo stesso approccio di General Fusion. Potenzialmente, i risultati interni di Lockheed hanno mostrato che il suo design non poteva sostenere la fusione in modo compatibile con la produzione di energia.
Ma forse, allo stesso tempo, i brevi impulsi sono sufficienti per le esigenze di propulsione nello spazio e molto più vicini a diventare un prodotto reale? Sarebbe anche più in linea con il profilo complessivo dell’azienda, focalizzato su aerospazio e difesa.
